霍尼韋爾（中國）有限公司中國區無(wú)線(xiàn)產(chǎn)品業(yè)務(wù)經(jīng)理  江天生

    ■ 無(wú)線(xiàn)干擾嚴重，工業(yè)用戶(hù)如何能夠放心使用？

   江天生：為了保證工業(yè)用戶(hù)成功應用工業(yè)無(wú)線(xiàn)儀表系統，必須要確保其工業(yè)等級的安全和可靠性，確保提供給DCS控制系統或PLC的過(guò)程數據的實(shí)時(shí)性和可靠性。目前工業(yè)無(wú)線(xiàn)儀表的國際標準如ISA100或WirelessHART等，都對此有著(zhù)獨特的設計?；裟犴f爾的工業(yè)無(wú)線(xiàn)儀表產(chǎn)品符合ISA100 工業(yè)無(wú)線(xiàn)國際標準。

   （1）無(wú)線(xiàn)通訊頻段和發(fā)射功率：工業(yè)無(wú)線(xiàn)儀表采用2.4GHz全世界公用頻段（ISM，2400 至 2482.4 MHz) ，并使用直接序列擴頻技術(shù)（DSSS）和跳頻技術(shù)（FHSS）。無(wú)需重新組態(tài)或人工介入，設備可自動(dòng)跳頻。無(wú)線(xiàn)儀表的發(fā)射功率采用20dBm（即100毫瓦）；無(wú)線(xiàn)設備有國家無(wú)線(xiàn)電管理委員會(huì )核準證。

   （2）可靠性：工業(yè)無(wú)線(xiàn)儀表必須確保工業(yè)等級的安全性和可靠性?；裟犴f爾的無(wú)線(xiàn)儀表發(fā)射功率為100毫瓦，不會(huì )對其它設備造成影響。其它設備也不會(huì )影響工業(yè)無(wú)線(xiàn)儀表的無(wú)線(xiàn)通訊，這里的其它設備主要包括：

   •無(wú)線(xiàn)電干擾主要是頻段干擾。如工廠(chǎng)內廣泛使用的對講機（發(fā)射功率為4~5W），但通訊頻段必須是預先設定的如409~410MHz。如GSM手機的發(fā)射功率一般在幾百毫瓦至1瓦等，采用的頻段是900MHz。由于采用了鋰電池（危險品，航空運輸嚴格限制）供電，在工業(yè)使用場(chǎng)合，需考慮因使用鋰電池可能帶來(lái)的安全隱患，所以需要采用本安和隔爆雙重安全保護等安全措施；對于相同的頻段，主要表現為發(fā)射功率的干擾，這時(shí)就需要符合國家有關(guān)發(fā)射功率的核準，以及采用工業(yè)級的可靠性設計，如Mesh、DSSS跳頻等。

   •工業(yè)無(wú)線(xiàn)儀表采用2.4GHz公用頻段，不會(huì )對使用其它頻段的無(wú)線(xiàn)設備產(chǎn)生影響；即使是對其它同樣采用2.4GHz的無(wú)線(xiàn)設備，那么由于設備無(wú)線(xiàn)發(fā)射功率非常?。?0dBm，即100毫瓦），而且每次通訊速度快（15ms，即每次占用的時(shí)間片很?。?，也不會(huì )對其它無(wú)線(xiàn)設備造成影響。

   •其它無(wú)線(xiàn)設備不會(huì )影響工業(yè)無(wú)線(xiàn)儀表的無(wú)線(xiàn)通訊，主要是基于工業(yè)無(wú)線(xiàn)設備的特別設計，如Mesh、DSSS跳頻、clean channeldetection檢測機制、數據包重傳機制、自組織自愈合、無(wú)線(xiàn)變送器的發(fā)射功率自適應功能（adaptive power control），自動(dòng)選擇最優(yōu)的發(fā)射功率如5毫瓦、10毫瓦等，最多100毫瓦。

   （3）工程實(shí)踐：一般工程設計時(shí)，如果條件允許，可以在項目設計前期對現場(chǎng)進(jìn)行簡(jiǎn)單的設計勘測，了解現場(chǎng)的無(wú)線(xiàn)通訊頻段使用狀況；了解現場(chǎng)的障礙物分布情況；了解用戶(hù)的測點(diǎn)分布、數據采集速度、數據集成接口等，以便設計出適合的無(wú)線(xiàn)骨干網(wǎng)絡(luò )。充分挖掘和利用OneWireless工業(yè)無(wú)線(xiàn)架構的冗余多通訊路徑、2.4GHz跳頻通訊、冗余網(wǎng)關(guān)的設計，確保數據采集的可靠。

   所以ISA100等工業(yè)無(wú)線(xiàn)國際標準能夠確保工業(yè)等級的可靠性。

   ■ 怎樣才能進(jìn)一步優(yōu)化電池供電無(wú)線(xiàn)儀表的電池壽命，以確保長(cháng)時(shí)間的電源供應？

   江天生：電池壽命通常與數據采集速度、使用環(huán)境溫度、溫度變化、儀表類(lèi)型、無(wú)線(xiàn)通訊的狀態(tài)、無(wú)線(xiàn)儀表的類(lèi)型，以及電池容量相關(guān)。如設定為1秒的數據采集速度時(shí)，電池的消耗要比設置為5秒刷新速度時(shí)快；常溫25℃恒溫條件下的電池使用壽命肯定比惡劣環(huán)境條件下壽命更長(cháng)；無(wú)線(xiàn)變送器設置本身的路由功能時(shí)會(huì )消耗更多的電池；19Ah容量的D號電池要比8.5Ah容量的C號電池使用時(shí)間長(cháng)等。所以需要根據工程需要和設計要求，如通過(guò)設置較慢的數據采集速度、無(wú)線(xiàn)儀表本身路由功能的開(kāi)啟等方法進(jìn)行平衡。

   例如Honeywell的無(wú)線(xiàn)變送器配置了安全設計、供電持久的安全電池，在無(wú)線(xiàn)變送器的刷新速度設定為1秒時(shí)常溫下電池壽命為4.5年；5秒刷新時(shí)為10年，而且電源可智能預測、報警管理。所以在一般工程環(huán)境下，可以保證至少2年左右的電池壽命。

   而且，Honeywell的無(wú)線(xiàn)變送器設計非常巧妙，可以選型為本地外部24VDC供電或電池供電；無(wú)線(xiàn)變送器的數據采集可以設定為1秒或更慢；可以設定本身的路由能力或關(guān)閉本身路由功能；無(wú)線(xiàn)通訊有自適應功率功能自動(dòng)選擇最優(yōu)的發(fā)射功率等，支持用戶(hù)根據現場(chǎng)工程實(shí)際需要，靈活設計適合的解決方案。

   同時(shí)由于電池本身是高能量物品，因此在確保電池必須經(jīng)過(guò)安全設計的前提下，對無(wú)線(xiàn)變送器采用隔爆設計和本安設計，使得無(wú)線(xiàn)變送器可以應用在工廠(chǎng)危險的領(lǐng)域。

   ■ 無(wú)線(xiàn)通訊網(wǎng)絡(luò )的后期維護成本如何？

   江天生： 在后期維護上，工業(yè)無(wú)線(xiàn)方案優(yōu)勢有很多。以符合ISA100標注的工業(yè)無(wú)線(xiàn)儀表系統為例：

   （1）由于無(wú)線(xiàn)架構擴展非常簡(jiǎn)單，能夠大大降低擴展時(shí)的投資，可以很方便的把無(wú)線(xiàn)變送器安裝在新增測點(diǎn)處，授權即可。

   （2）無(wú)線(xiàn)架構本身的后期維護費用很低，只需維護無(wú)線(xiàn)變送器本身即可，無(wú)需擔心接線(xiàn)進(jìn)水、連接松動(dòng)、電纜損壞等。

   （3）無(wú)線(xiàn)變送器電池壽命長(cháng)，能夠幫助用戶(hù)減少更換電池的次數，充分保護用戶(hù)投資。而且經(jīng)過(guò)工廠(chǎng)認證的安全電池在國內可以采購，能夠進(jìn)一步幫助用戶(hù)節省成本。

   （4）節省成本還表現在無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的統一管理上。無(wú)線(xiàn)管理平臺可以統一管理整個(gè)無(wú)線(xiàn)架構的安全管理、網(wǎng)絡(luò )管理和設備管理，而無(wú)需構建多個(gè)管理平臺或外購第三方網(wǎng)絡(luò )架構，在后期維護、運行和診斷時(shí)非常高效。

   （5）工業(yè)無(wú)線(xiàn)架構支持無(wú)線(xiàn)設備的在線(xiàn)軟件升級，實(shí)現前后兼容；支持互操作，也能夠幫助用戶(hù)降低總體擁有成本，降低后期維護費用。

   ■ 無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )以空氣作為傳輸介質(zhì)，在數據傳輸的過(guò)程中如何保證信息的安全性？

   江天生：無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )中的安全防護措施應當易于部署，維護簡(jiǎn)便，并且能夠提供多層保護。采用分層的安全措施可以防止多種風(fēng)險，例如：

   （1）位于工廠(chǎng)之外的被動(dòng)式監聽(tīng)器可讀取和訪(fǎng)問(wèn)數據。為降低這種危險，網(wǎng)絡(luò )中應當采用機密性和加密的消息傳輸。端到端的數據加密，意味著(zhù)數據在到達有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )之前始終是加密的。

   （2）主動(dòng)式監聽(tīng)器是指可以截獲一個(gè)正確的消息然后發(fā)送一個(gè)錯誤的消息、更改真實(shí)的消息、或者重放過(guò)去的消息。為了避免這種情況，網(wǎng)絡(luò )應當采用消息完整性和重放保護機制，包括時(shí)間標簽、循環(huán)碼校驗和其它消息標記。

   （3）帶病毒的設備可能會(huì )取代合法的無(wú)線(xiàn)變送器并不斷向系統發(fā)送錯誤消息。為降低這種風(fēng)險，網(wǎng)絡(luò )采取數據源認證措施。

   （4）拒絕服務(wù)式攻擊（DoS）。攻擊者將用大量的錯誤消息轟炸系統，使正確消息無(wú)法通過(guò)網(wǎng)絡(luò )，在事實(shí)上中斷所有通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的無(wú)線(xiàn)通訊。安全的網(wǎng)絡(luò )應當采用認證、網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò )、冗余路徑等組合方式來(lái)抵抗拒絕服務(wù)式攻擊，通過(guò)高性能網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò )架構減輕這種效應。

   霍尼韋爾OneWireless無(wú)線(xiàn)技術(shù)內置多層安全措施，確保在上述情形下達到工業(yè)等級的安全，還有更為獨特的安全設計，如：

   （1）無(wú)線(xiàn)防火墻/系統集成安全考慮：無(wú)線(xiàn)儀表系統工作站有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )之間的連接采用即插即用的OneWireless無(wú)線(xiàn)防火墻。無(wú)線(xiàn)防火墻只允許無(wú)線(xiàn)I/O數據雙向通過(guò)，而網(wǎng)絡(luò )風(fēng)暴、網(wǎng)絡(luò )病毒、垃圾信息等都會(huì )被OneWireless防火墻隔離開(kāi)來(lái)，確保無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )和有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的安全；

   （2）現場(chǎng)無(wú)線(xiàn)設備加入網(wǎng)絡(luò )必須經(jīng)過(guò)物理不透明的授權、端對端的通訊認證，通過(guò)PDA對無(wú)線(xiàn)變送器和多功能節點(diǎn)通過(guò)紅外端口進(jìn)行授權，無(wú)線(xiàn)設備隨即相互完成認證、驗證等功能，開(kāi)始互相通訊。這個(gè)授權密碼是不透明的，即保證授權過(guò)程簡(jiǎn)單、方便；同時(shí)確保保密和安全。

   ■ 用戶(hù)如何選擇最為適合的工業(yè)無(wú)線(xiàn)應用方案？

   江天生：實(shí)施工業(yè)無(wú)線(xiàn)儀表系統是在現有有線(xiàn)的控制網(wǎng)絡(luò )基礎上，進(jìn)一步延伸測控的廣度和深度，從而達到提高工廠(chǎng)安全水平、設備可靠水平、運行自動(dòng)化水平及工作效率的目的。工業(yè)無(wú)線(xiàn)用戶(hù)首先需要確定自己工廠(chǎng)工業(yè)無(wú)線(xiàn)儀表應用的具體需求。

   評估無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )時(shí)，要考慮的關(guān)鍵因素有：

    （1）測點(diǎn)類(lèi)型：需要采集的數據是僅僅包括溫度、壓力、差壓、模擬量、開(kāi)關(guān)量、HART數據、腐蝕、振動(dòng)，還是也需要支持移動(dòng)操作、現場(chǎng)巡檢、現場(chǎng)Modbus 設備無(wú)線(xiàn)轉接、可燃氣體監測？

    這就關(guān)系到是采用單純的無(wú)線(xiàn)儀表網(wǎng)絡(luò )，還是采用無(wú)線(xiàn)主干網(wǎng)絡(luò )，實(shí)現一個(gè)無(wú)線(xiàn)架構的同時(shí)支持多種無(wú)線(xiàn)應用。一般來(lái)說(shuō)，工業(yè)無(wú)線(xiàn)技術(shù)不僅限于過(guò)程數據采集和設備監控，尤其是在評估網(wǎng)絡(luò )的未來(lái)應用時(shí)，在決定無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )應如何隨業(yè)務(wù)而擴展，并支持多種應用時(shí)，這是一個(gè)需要考慮的關(guān)鍵因素。

   測點(diǎn)的測量精度也可以一并考慮。

   （2）測點(diǎn)分布：測點(diǎn)分布在數百米的范圍內時(shí)，可以考慮依靠無(wú)線(xiàn)儀表本身的路由來(lái)實(shí)現數據采集；如果分布在數公里或數十公里的范圍內，就需要通過(guò)無(wú)線(xiàn)主節點(diǎn)構建無(wú)線(xiàn)主干網(wǎng)絡(luò )來(lái)實(shí)現無(wú)線(xiàn)通訊。還需要考察有沒(méi)有測點(diǎn)分布在完全屏蔽的區域。

   （3）測點(diǎn)數量：由于一個(gè)工業(yè)無(wú)線(xiàn)主干網(wǎng)絡(luò )可以支持上千臺無(wú)線(xiàn)儀表，所以需要根據測點(diǎn)的數量確定無(wú)線(xiàn)主干網(wǎng)絡(luò )的無(wú)線(xiàn)主節點(diǎn)的數量以及網(wǎng)關(guān)的數量。如一個(gè)無(wú)線(xiàn)主干網(wǎng)絡(luò )最多可以由40個(gè)節點(diǎn)相互無(wú)線(xiàn)通訊來(lái)構建，每一個(gè)節點(diǎn)都可以帶60臺無(wú)線(xiàn)儀表（5s數據采集時(shí)）或18臺（1s數據采集時(shí)）；每一個(gè)節點(diǎn)都可以同時(shí)作為網(wǎng)關(guān)，可以配置冗余網(wǎng)關(guān)等。

   （4）數據采集速度/通訊時(shí)間滯后：根據應用場(chǎng)合的工程需要，確定無(wú)線(xiàn)儀表的數據采集速度是設定為1秒還是5秒？通訊時(shí)間滯后是否要求小于250毫秒？如果要求不高，則可以通過(guò)儀表本身的路由來(lái)實(shí)現數據采集；如果要求高，則需要增加無(wú)線(xiàn)節點(diǎn)設備的數量，通過(guò)構建無(wú)線(xiàn)主干網(wǎng)絡(luò )來(lái)實(shí)現。

   （5）無(wú)線(xiàn)變送器的電池壽命是否滿(mǎn)足長(cháng)時(shí)間供電的要求：更換電池的費用并不應當否定減少布線(xiàn)帶來(lái)的成本節約，但是畢竟也是考慮因素之一。市場(chǎng)上很多廠(chǎng)商提供的電池壽命都是極低刷新速度下的電池壽命。了解到這一點(diǎn)后，用戶(hù)就應當選擇自己所需的刷新速度并詢(xún)問(wèn)在該刷新速度下的電池壽命。業(yè)內的標準刷新速度通常為3至5秒。

    （6）儀表應用的環(huán)境和危險區域：需要考察無(wú)線(xiàn)儀表是否可以應用在Class 1 Division 1等危險區域，是否考慮到鋰電池而還要采用隔爆設計；需要確定無(wú)線(xiàn)節點(diǎn)設備或網(wǎng)關(guān)是否能夠應用在Class 1 Division 1等危險區域；考察應用的環(huán)境溫度、濕度等。

   （7）是否需要在整個(gè)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )中實(shí)現端到端的數據安全性：無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )中的安全防護措施應易于部署、維護簡(jiǎn)便，并且能夠提供多層保護。采用分層的安全措施可以防止多種風(fēng)險，確定無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的安全措施時(shí)，應當考慮到工廠(chǎng)和管道的位置、因安全破壞造成的潛在危害、以及傳輸的數據關(guān)鍵程度。對于要求高度安全性的網(wǎng)絡(luò )，系統應當提供強大的加密、健壯的認證，以及分層的保護。系統還應提供端到端的數據加密，這意味著(zhù)數據在到達有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )之前始終是加密的。

   （8）同DCS控制系統的數據集成：需要確定無(wú)線(xiàn)儀表系統同上位控制系統的數據集成接口，能否同上位控制系統實(shí)現真正意義上內嵌式數據集成等。

   （9）無(wú)線(xiàn)管理工具：需要考察無(wú)線(xiàn)儀表的管理工具是否使用方便，是否具有在線(xiàn)組態(tài)、診斷等功能。

   （10）擴展性：是否具有擴展性，以滿(mǎn)足未來(lái)使用需要，及支持多種無(wú)線(xiàn)應用來(lái)擴展無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的規劃。

    （11）長(cháng)期投資和產(chǎn)品前后兼容：采用工業(yè)無(wú)線(xiàn)技術(shù)是一項長(cháng)期的投資，帶來(lái)的優(yōu)點(diǎn)遠不止是提高工廠(chǎng)效率，并且還面向未來(lái)的業(yè)務(wù)增長(cháng)和效率。工業(yè)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )架構應能夠隨業(yè)務(wù)而成長(cháng)和擴展，因此必須考慮到從安裝到支持未來(lái)需要的總體成本。

    無(wú)線(xiàn)技術(shù)帶來(lái)的優(yōu)點(diǎn)遠不止是避免布線(xiàn)的成本，還包含對以前難以采集數據的地方進(jìn)行實(shí)時(shí)訪(fǎng)問(wèn)，以及提高員工效率和安全性等。此外工廠(chǎng)還能從可靠性相關(guān)的應用中獲益，例如旋轉設備的振動(dòng)監測、安全設備、移動(dòng)操作站、訪(fǎng)問(wèn)實(shí)時(shí)數據的手持終端和無(wú)線(xiàn)視頻等。

   另外無(wú)線(xiàn)儀表是否支持前后兼容，能否在線(xiàn)軟件升級以達到最新的軟件版本，否則前期的投資在未來(lái)就可能成為負擔。

   （12）國際標準：是否符合開(kāi)放的工業(yè)無(wú)線(xiàn)國際標準，支持來(lái)自不同廠(chǎng)家的無(wú)線(xiàn)儀表的互操作。

   綜上所述，應該最初在項目前期階段就找到這些問(wèn)題的答案，從而保證選擇適當的無(wú)線(xiàn)技術(shù)，以滿(mǎn)足當前和未來(lái)應用的需求。